高中物理2.3机械波的描述2.3机械波的案例分析精品课件沪科版选修3-4

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1、22机械波的描述 23机械波的案例分析 1 核心要点突破课堂互动讲练知能优化训练23课前自主学案课标定位2 课标定位学习目标：1.会用图像描述机械波2知道波长、频率的含义，掌握波长、频率和波速的关系式，并能应用其解答有关问题3知道波速由介质本身决定4了解机械波的一些例子，并能用波的知识来解释所观察到的现象重点难点：重点是掌握波长、频率和波速的关系并能应用其解题难点是利用振动和波动图像分析解决问题 3 课前自主学案一、用图像描述机械波1波的图像：在平面直角坐标系中，用横坐标x表示在波的传播方向上各质点的_，用纵坐标y表示某一时刻各个质点偏离平衡位置的_，连接各位移矢量的末端，得出的曲线即为波的图

2、像2简谐波：如果波的图像是_，这样的波叫做正弦波，也叫简谐波介质中有正弦波时，介质的质点在做_平衡位置位移正弦曲线简谐运动 4 3波形曲线表示介质中的_在某一时刻的位移；而振动图像则表示介质中_在各个时刻的位移各个质点一个质点 5 相同的波源的周期或频率波源介质 6 2波长：沿着波的传播方向，两个_、相对平衡位置的_总是相同的质点间的距离在横波中，两个相邻_(或两个相邻_)之间的距离等于波长一个周期中振动在介质中传播的距离_一个波长3波长、频率与波速的关系(1)波速v：是指振动在介质中的_，即振动形式的传播速度，也就是能量的传播速度波速是由_决定的，与波的_均无关在同一种均匀介质中(温度恒定情

3、况下)波速是_相邻的位移和振动方向波峰波谷等于传播速度介质的性质振幅、波长、周期、频率一个定值 7 vf 8 三、应用图像可以解决的问题1根据图像可以求_；2根据图像可以求_；3根据图像可以求任意一个质点在该时刻的_；4在波的传播方向已知时可确定各质点在该时刻的_；5可以确定各质点在该时刻的_波长振幅位移振动方向加速度方向 9 核心要点突破一、用图像描述机械波1波形图像的画法已知波的传播方向，可画出t前后的波形图像常用的方法有两种：(1)平移法：先算出经t时间波传播的距离s，再把波形向传播方向推进s即可因为波形在推进波长的整数倍时，波形和原来重合，所以实际处理时通常采用“去整留零”的方法 10

4、 (2)特殊点法：取两个特殊点(波峰与平衡位置或者波谷与平衡位置)来研究，根据两质点的振动方向，判断两质点经t后的位置，过这两位置画出相应的正弦曲线即可2波的图像的应用根据机械波的传播规律，利用该图像可以得出以下的判定：(1)介质中质点的振幅A，波长(两相邻波峰或波谷之间的距离)以及该时刻各质点的位移和加速度的方向(2)根据波的传播方向，画出在t前或后的波形图像 11 (3)根据某一质点的振动方向，确定该时刻各质点的振动方向(4)根据波的传播方向，确定该时刻各质点的振动方向(5)根据周期，确定波的传播速度 12 即时应用 (即时突破，小试牛刀)图221 13 1如图221所示的是一列简谐波在某

5、一时刻的波形图像下列说法中正确的是()A质点A、C、E、G、I在振动过程中位移总是相同B质点B、F在振动过程中位移总是相同C质点D、H的平衡位置间的距离是一个波长D质点A、I在振动过程中位移总是相同，它们的平衡位置间的距离是一个波长 14 解析：选BC.从题图中可以看出质点A、C、E、G、I在该时刻的位移都是零，由于波的传播方向是向右的，容易判断出质点A、E、I的速度方向是向下的，而质点C、G的速度方向是向上的，因而这五个点的位移不总是相同，A错误；质点B、F是处在相邻的两个波峰的点，它们的振动步调完全相同，在振动过程中位移总是相同，B正确；质点D、H是处在相邻的两个波谷的点，它们的平衡位置之

6、间的距离等于一个波长，C正确；虽然质点A、I在振动过程中位移总是相同，振动步调也完全相同，但由于它们不是相邻的振动步调完全相同的两个点，它们的平衡位置之间的距离不是一个波长(应为两个波长)，D错误 15 二、波动图像与振动图像的比较研究对象振动图像波动图像图线研究对象一个振动质点沿波传播方向所有质点研究内容一质点的位移随时间变化规律某时刻所有质点的空间分布规律物理意义表示一质点在各时刻的位移表示某时刻各质点的位移图线变化随时间推移图像延续，但已有形状不变随时间推移，图像沿传播方向平移完整曲线占横坐标距离表示一个周期表示一个波长 16 即时应用 (即时突破，小试牛刀)2如图222所示的两图像，下

7、列判断正确的是()图222A甲是振动图像，乙是波动图像B甲是波动图像，乙是振动图像CA、B两质点均向上运动DA、B两质点均向下运动 17 解析：选BD.由两图像的横坐标可看出甲是波动图像，乙是振动图像，选项B正确，A错误由甲图中的传播方向，可看出A质点此刻应向下运动，由乙图中也可判定B质点向下运动，故选项D正确，C错误 18 19 20 即时应用 (即时突破，小试牛刀)3(2011年上海浦东高二检测) 对公式vf的理解，以下说法中正确的是()A由vf可知，波速与频率成正比B波速v由介质决定，频率f由波源决定C当波由一种介质进入另一种介质时，频率不变，波速、波长改变Dvf适用于横波，不适用于纵波

8、解析：选BC.vf中，f由波源的振动情况决定，v由介质决定与频率f无关公式vf适用于一切波 21 四、判定波的传播方向与质点的振动方向根据波的图像，由波的传播方向判断各质点的振动方向或由波上某质点的振动方向确定波的传播方向，是这一部分的重点，也是难点首先，波的传播和各质点的振动之间有着密切的内在联系，在求解这类问题时，应该全面地分析题意，合理地使用已知条件下面介绍几种常用的方法 22 1质点带动法(前带后法)由波的形成传播原理可知，后振动的质点总是重复先振动质点的运动，且波总是由前面先振动的点向后面振动的点传播的，即前带后2微平移法所谓微平移法：即将波形沿波传播的方向平移微小的一段距离得到经过

9、微小一段时间后的波形图，根据质点在新的波形图中的对应位置，便可判断该质点的运动方向3上下坡法沿波的传播方向看去，“上坡”处的质点向下振动；“下坡”处的质点向上振动，简称“上坡下，下坡上” 23 即时应用 (即时突破，小试牛刀)图2234如图223所示是一列简谐波某一时刻波的图像，下列说法正确的是()A波一定沿x轴正方向传播Ba、b两个质点的振动速度方向相反C若a点此时的速度方向沿y轴正方向，那么波的传播方向是沿x轴的正方向D若波沿x轴的负方向传播，则b质点的振动速度方向沿y轴的负方向 24 解析：选BC.x轴表示在波的传播方向上一系列质点的平衡位置，但x轴的指向与波的传播方向没有关系，选项A错

10、误不管波向哪个方向传播，a、b两质点都在两个不同的“坡”上，其振动方向此时一定相反，选项B正确；若质点a速度方向沿y轴正方向，则波源在左侧，波沿x轴正方向传播，选项C正确；若波沿x轴负方向传播，波源在右侧，b质点应在其右侧质点的带动下振动，由图知b应向y轴正方向运动，选项D错误故正确答案为B、C. 25 五、波动问题的多解性1由于波在传播过程中体现出时间上和空间上的周期性，所以在问题的求解上往往出现多解，造成多解的原因主要有(1)传播方向的双向性：题目中只告诉波速，不说传播方向，应考虑两个方向传播的可能性(2)时间的周期性：因每隔一个周期，波形就会重复一次，造成时间间隔t与周期T的关系不确定(

11、3)空间的周期性：因相隔波长(或波长整数倍)的两个质点的运动状态完全相同，造成波的传播距离x与波长的关系不确定 26 2已知两个时刻的波的图像，求解波速的一般方法(1)如果题目已知条件无任何限制，求出的波速应为两组解(2)如果题目已知条件中对波速或周期加了限制，则从两组解中分别求出有限个解(3)如果题目已知条件加了对波的传播方向的限制，则只能从一组解中求出符合题意的解 27 即时应用 (即时突破，小试牛刀)5一列简谐横波在x轴上传播，如图224所示的实线和虚线分别为t1和t2两个时刻的波的图像，已知波速为16 m/s.图224(1)如果波是向右传播的，时间间隔(t2t1)是多少？(2)如果波是

12、向左传播的，时间间隔(t2t1)是多少？ 28 29 30 课堂互动讲练对波的图像的认识图225如图225所示，画出了一列向右传播的简谐横波在某个时刻的波形，由图像可知() 31 32 33 【答案】AC【方法总结】根据波的图像可直接获取的信息有：该时刻各质点的位移、该列波的振幅和波长根据机械波的形成过程，波的传播方向和质点的振动方向可以互相判断 34 变式训练1一列波在介质中向某一方向传播，如226图是此波在某一时刻的波形图，且此时振动还只发生在M、N之间，并知此波的周期为T，Q质点速度方向在波形中是向下的. 则：波源是_；P质点的起振方向为_；从波源起振开始计时时，P点已经振动的时间为_图

13、226 35 解析：由Q点的振动方向可知波向左传播，N是波源. 由M点的起振方向(向上)得P质点的起振方向向上振动从N点传播到M点需要1T，传播到P点需要3T/4，所以质点P已经振动的时间为T/4. 36 振动图像与波动图像的应用如图227所示，图甲为某一波动在t1.0 s时的图像，图乙为参与该波动的质点P的振动图像图227 37 (1)求该波波速；(2)求再经过3.5 s时P质点经过的路程；(3)判断波的传播方向 38 39 【答案】(1)4 m/s(2)2.8 m(3)向左传播【方法总结】对于波动与振动相结合的问题，要充分利用两图像提供的相关信息分析问题，例如可以从两图像上分别读出与T，结

14、合振动图像还可判断出波形图上某点的振动方向等 40 变式训练2如图228甲所示为一列简谐横波在t20 s时的波形图，图乙是这列波中P点的振动图像，那么该波的传播速度和传播方向是()图228 41 Av25 cm/s，向左传播Bv50 cm/s，向左传播Cv25 cm/s，向右传播Dv50 cm/s，向右传播 42 43 在均匀介质中，各质点的平衡位置在同一直线上，相邻两质点的距离均为s，如图229甲所示振动从质点1开始向右传播，质点1开始运动时的速度方向向上经过时间t，前13个质点第一次形成如图乙所示的波形关于这列波的周期和波速有如下说法，其中正确的是()波长、波速和周期关系的应用图229 4

15、4 A这列波的周期T2t/3B这列波的周期Tt/2C这列波的传播速度v12s/tD这列波的传播速度v16s/t 45 46 【答案】BD【方法总结】质点振动情况相同说明所用时间为周期的整数倍波形图中只给出了前13个质点的波形，实际波已传播到前方，只是13个质点之后的波形没有画出而已 47 变式训练3在均匀介质中选取平衡位置在同一直线上的9个质点，相邻两质点的距离均为L，如图2210甲所示一列横波沿该直线向右传播，t0时到达质点1，质点1开始向下运动，经过时间t第一次出现如图乙所示的波形则该波的()图2210 48 49 50 波的传播方向与质点振动方向的判断如图2211所示，已知波向右传播，请

16、判断质点A、B、C、D、E的振动方向图2211 51 【精讲精析】应用质点带动法：因为波的传播过程是振动形式的传播，当介质中的某一质点开始振动时，必然带动其周围相邻的质点振动，这些质点又依次带动各自相邻的质点振动，依次类推，振动就逐渐传播开来形成波所以沿波传播的方向，各质点的步调是依次落后的，总是前一质点带动后一相邻质点，后一质点总是力图跟上带动其振动的前一相邻质点并重复其运动由图像可知波由左向右传播，则A点的前一个点应该在其下面的F点而F点只能带动A点往下运动同理B、C的前一质点在B、C的上面，所以B、C向上运动，E、D两点的前一点在E、D下面，所以E、D向下运动 52 【答案】质点A、E、

17、D向下振动质点B、C向上振动【方法总结】应用质点带动法，先判断波源的位置，再看各点的先后顺序，利用前带动后的方法判断 53 变式训练4如图2212所示为一列简谐横波在某一时刻的波的图像，已知质点a在此刻的振动方向向下，则()A波向左传播，质点b向下振动，质点c向上振动B波向右传播，质点b向上振动，质点c向下振动C波向左传播，质点b向上振动，质点c向上振动D波向右传播，质点b向下振动，质点c向下振动图2212 54 解析：选C.由于质点a在此刻是向着负方向的最大位移处振动的，可知它的运动落后于右侧邻近的那个质点，所以波向左传播，B、D错再来确定质点b、c的振动方向，与b右侧邻近的那个质点的振动是

18、超前于b的，它的位置在b之上，则b向上运动，同理c也向上运动，故本题答案为C. 55 一列简谐横波图像如图2213所示，t1时刻的波形如图中实线所示，t2时刻的波形如图中虚线所示，已知tt2t10.5 s，求：(1)这列波的可能波速的表达式？(2)若波向左传播，且3Tt4T，波速多大？(3)若波速v68 m/s，则波向哪个方向传播？波的多解问题图2213 56 57 58 【答案】见精讲精析【方法总结】解决双向性多解问题时，养成全面思考的习惯，熟知波有向正、向负(或向左、向右)两方向传播的可能，质点有向上、向下(或向左、向右)两方向振动的可能 59 变式训练5一机械波相隔时间t的两个时刻的波形图像分别如图2214中实线和虚线所示，若波速为1 m/s，那么t值可能是()A1 sB2 sC3 s D4 s图2214 60 61 62